[发明专利]一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置

说明书

本发明提供一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置，能够进行微波作用下TBM滚刀的切削破岩试验，即实现对岩石试样一边进行微波致裂，一边进行TBM滚刀切削。该试验装置可用于研究硬岩微波致裂和TBM装备结合的新技术，确定微波作用下TBM滚刀切削破岩和磨损机理，研究微波照射岩石对TBM滚刀切削性能的影响，也是模拟微波辅助TBM破岩过程和设计新型微波预裂式TBM刀盘关键部件的重要途径和手段，以期尽快实现新型微波预裂式TBM的研发设计及工程应用。

技术领域

本发明属于岩土工程及隧道工程技术领域，特别是涉及一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置。

背景技术

TBM(全断面硬岩隧道掘进机)作为隧道施工的主要方式之一，具有一系列传统钻爆法难以实现的优点，例如：掘进速度快、利于环保、地质适应性强、施工精度高、综合效益高等。盘形滚刀(简称滚刀)是TBM上切削破碎岩石的主要刀具，可分为中心滚刀、边缘滚刀和正滚刀。不同种类的滚刀安装在刀盘上的不同位置，具有不同的破岩机理和切削性能。滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，将岩石从掌子面上剥落下来。

然而遇到硬岩、极硬岩隧道时，TBM滚刀磨损严重，导致维修率和施工成本增加，延误工期，严重时导致TBM难以通过。硬岩微波致裂是一种新型的破岩技术，可实现辅助TBM开挖硬岩隧道时，解决滚刀磨损严重的问题。

近年来，国内外各大高校和科研院所加大了对TBM设计、制备及应用技术领域的研究投入和力度，其中，TBM滚刀破岩试验台是开展滚刀滚压破岩试验研究以及模拟TBM开挖过程和设计TBM关键部件的重要途径和手段。

然而现有的TBM滚刀破岩试验台在研发设计时并没有考虑结合新型的破岩技术，例如硬岩微波致裂技术。所以当前的TBM滚刀破岩试验台不能用于研究微波辅助TBM滚刀破岩(当前并没有微波辅助TBM滚刀破岩试验装置)。

因此，亟需设计一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置，用于研究硬岩微波致裂和TBM装备结合的新技术，以及研究微波照射岩石对TBM滚刀切削性能的影响、模拟微波辅助TBM破岩过程和设计新型微波预裂式TBM关键部件等，以期尽快实现新型微波预裂式TBM的研发设计及工程应用。

发明内容

为了弥补现有技术中的空缺，本发明提供一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置，能够进行微波作用下TBM滚刀的切削破岩试验，即实现对岩石试样一边进行微波致裂，一边进行TBM滚刀切削。该试验装置可用于研究硬岩微波致裂和TBM装备结合的新技术，确定微波作用下TBM滚刀切削破岩和磨损机理，研究微波照射岩石对TBM滚刀切削性能的影响，也是模拟微波辅助TBM破岩过程和设计新型微波预裂式TBM刀盘关键部件的重要途径和手段，以期尽快实现新型微波预裂式TBM的研发设计及工程应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种微波辅助TBM滚刀破岩试验装置，包括微波加热系统、滚刀加载系统、滚压切削系统。

所述微波加热系统包括机架Ⅰ、垂直液压缸Ⅰ、活动横梁Ⅰ、垂直导轨Ⅰ、微波发生器、传输波导、微波加热器、测温装置。所述机架Ⅰ各部分由高强度螺栓连接，与机架底座形成封闭的框架结构；所述机架Ⅰ的相对两个侧壁的内侧分别设有垂直导轨Ⅰ；所述垂直液压缸Ⅰ固定在机架Ⅰ顶端，其底部连接有活动横梁Ⅰ，活动横梁Ⅰ的两端分别连接两侧的垂直导轨Ⅰ的滑块，活动横梁Ⅰ在垂直液压缸Ⅰ的驱动下可以在垂直导轨Ⅰ上上下滑动；所述微波发生器固定于活动横梁Ⅰ上，微波发生器通过电缆与微波电源相连，用于将电能转化为微波能；所述传输波导与微波发生器连接，用于传输微波能；所述微波加热器与传输波导连接，用于将微波能发射到岩石上。微波加热器有多种类型，可以是直波导加热器、角锥喇叭加热器、聚焦加热器等。所述测温装置安装于传输上，用于在微波加热过程中测试岩石被照射位置的表面温度。测温装置可采用红外测温传感器。